石立 胡文

摘 要：隨著無線技術(shù)的發(fā)展，越來越多的無線技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)，藍牙無線傳輸技術(shù)，作為近距離無線傳輸?shù)囊环N，抗干擾能力強，功耗低，已得到越來越廣泛的應(yīng)用。該文給出了基于藍牙傳輸?shù)臒o線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計思路，將藍牙無線傳輸技術(shù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相結(jié)合，減少了線纜連接形式，拓展了其應(yīng)用場合。

關(guān)鍵詞：無線傳輸 藍牙 數(shù)據(jù)采集 測試系統(tǒng) 單元模塊

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0252-02

民用飛機液壓系統(tǒng)地面模擬試驗數(shù)采系統(tǒng)主要用于飛機液壓能源系統(tǒng)的地面模擬試驗，完成試驗中各項靜態(tài)參數(shù)的測量，壓力脈動試驗中信號數(shù)據(jù)的記錄、分析處理，以及各種試驗狀態(tài)性能參數(shù)的分析計算，并根據(jù)試驗測量所記錄的數(shù)據(jù)生成圖形曲線；進一步用于飛機液壓系統(tǒng)的設(shè)計驗證、校正、改進。

現(xiàn)有的數(shù)采系統(tǒng)一般采用集中式的有線傳輸形式，所以連接電纜過多，現(xiàn)場較為凌亂，容易出現(xiàn)電纜接線問題，且在傳輸過程中，可能會出現(xiàn)信號的衰減，影響試驗數(shù)據(jù)的真實有效。此外，民用液壓系統(tǒng)采用腐蝕性極強的磷酸酯液壓油，對電纜的外包橡膠層腐蝕破壞及其嚴重，可能影響到系統(tǒng)的正常運行。因此，在民用液壓系統(tǒng)地面模擬試驗數(shù)采測試系統(tǒng)中應(yīng)盡可能的減少有線電纜連接形式，采用具有穩(wěn)定傳輸特性的分布式無線傳輸形式。

1 無無線傳輸技術(shù)簡介及種類區(qū)別

工業(yè)無線技術(shù)是本世紀初新興的一種面向設(shè)備間信息交互的無線通信技術(shù)。它是對現(xiàn)有工業(yè)通信技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴展和提升，將引發(fā)傳統(tǒng)工業(yè)測控模式的變革，因此目前國內(nèi)外對工業(yè)無線技術(shù)的研制、開發(fā)、推廣、應(yīng)用十分迅速。

隨著通信與信息技術(shù)的不斷發(fā)展，包括藍牙、IEEE802.11和HomeRF等在內(nèi)的短距離無線通信技術(shù)正日益走向成熟，應(yīng)用的步伐不斷加快?？梢钥隙ǖ氖牵鞣N短距離無線通信技術(shù)將在移動通信、計算機及其周邊設(shè)備、自動化控制與家庭信息化等領(lǐng)域扮演越來越重要的角色，發(fā)揮巨大作用。

1.1 藍牙無線技術(shù)

藍牙是藍牙特殊興趣小組（SIG）提出的一種短距離無線通信技術(shù)規(guī)范，近幾年來取得了很大的發(fā)展。它的有效范圍大約在10 m左右（在增加發(fā)射功率的情況下可以達到100 m），在此范圍里面，帶有藍牙功能的設(shè)備，如：手機、打印機與筆記本電腦等可以進行無線網(wǎng)絡(luò)連接，組建微微網(wǎng)，理想情況下可以以1 Mb/s的速率互相傳遞信息。目前，藍牙技術(shù)的一個開發(fā)重點就在于多點連接，以方便多個藍牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享。而在最新的藍牙協(xié)議規(guī)范中，藍牙的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到3 Mb/s。隨著藍牙技術(shù)與超寬帶技術(shù)（UWB）的融合，藍牙的通信速率將會得到進一步的提升。由于藍牙具有功耗低、體積小、可以同時傳輸語音與數(shù)據(jù)的特點，藍牙幾乎可以應(yīng)用到各種數(shù)字設(shè)備中去，如通信、計算機及周邊設(shè)備、個人隨身信息、網(wǎng)絡(luò)接入與工業(yè)設(shè)備等。為了增強抗干擾的能力，藍牙特別設(shè)計了快速確認和跳頻的方案，每秒鐘頻率可以跳變1600次。與其他工作在這一頻段的系統(tǒng)相比，藍牙跳變的時間和數(shù)據(jù)分組都更加短，從而極大提高了鏈路的穩(wěn)定性，避免與ISM頻段上的其他系統(tǒng)設(shè)備互相干擾。

1.2 IEEE802.11無線技術(shù)

IEEE802.11也是一種當今非常流行的短距離無線通信技術(shù)，它主要用于實現(xiàn)小范圍內(nèi)的無線接入，也是目前無線局域網(wǎng)的主要技術(shù)標準。IEEE802.11的覆蓋面可以達到300 m，傳輸速率可達11 Mb/s，這種技術(shù)可以構(gòu)建高速局域網(wǎng)，以替代一些小型的有線局域網(wǎng)絡(luò)，更適合于人口流動量大的場所。但是它的功耗、體積以及價格等方面一直以來都不能讓人太滿意，因此在諸如對功耗、價格有很高要求的領(lǐng)域使用比較少，在應(yīng)用上就有很大的局限性。當然，IEEE802.11的高速率、相對長距離也使很多廠商對它產(chǎn)生了很高的興趣，可是因為缺乏清晰的贏利模式，它的發(fā)展尚處在初始階段，還有一系列問題要解決。

1.3 HomeRF無線技術(shù)

HomeRF技術(shù)以共享無線訪問協(xié)議（SWAP）為基礎(chǔ)，采用跳頻技術(shù)，每秒跳頻50次，通訊速率為1 Mb/s或2 Mb/s。這種技術(shù)主要為家庭用戶設(shè)計，同時支持數(shù)據(jù)與語音通信，側(cè)重于PC與外設(shè)組成無線局域網(wǎng)，通過家庭中的某一主機在數(shù)據(jù)與語音設(shè)備之間實現(xiàn)無線通信，而且它最多可以支持6個全雙工的語音信道，因此這種技術(shù)特別適用于家庭網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

總體而言，上述三種技術(shù)各有利弊，有各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域，它們之間不是一種純粹的競爭與取代關(guān)系，而是能夠進行很好的互補。藍牙技術(shù)抗干擾能力強，可以應(yīng)用于絕大多數(shù)以無線方式代替線纜的場合，特別適用于需要低功耗或者是雙向連接的應(yīng)用場所；IEEE802.11比較適合于辦公網(wǎng)絡(luò)接入，現(xiàn)在很多企業(yè)都已經(jīng)用該技術(shù)繞過無線通信運營商建立無線局域網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了可觀的成本；HomeRF則大多應(yīng)用于家庭中的無線局域網(wǎng)絡(luò)，進行數(shù)據(jù)與語音的無線傳輸。

結(jié)合對上述三種短距離無線通信技術(shù)的分析發(fā)現(xiàn)，將藍牙技術(shù)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)合起來，是藍牙技術(shù)應(yīng)用中的一個新穎、巧妙的設(shè)想。借助藍牙技術(shù)傳輸采集的數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，拓寬其應(yīng)用場合。在系統(tǒng)設(shè)計上，藍牙模塊與系統(tǒng)接口電平兼容，設(shè)計簡單；系統(tǒng)應(yīng)用程序只需作較小改動就可以適應(yīng)藍牙模塊，便于程序的模塊化設(shè)計。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體思路

系統(tǒng)采用先進成熟的技術(shù)手段，在考慮所用技術(shù)成熟可靠的同時，將現(xiàn)有的先進技術(shù)融入其中，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性，系統(tǒng)能方便地進行技術(shù)更新和產(chǎn)品更新，能得到相對廣泛的技術(shù)支持和產(chǎn)品支持。系統(tǒng)設(shè)計遵從“通用化、系列化、組合化”的設(shè)計方法，用統(tǒng)一的、先進的和高度標準化的技術(shù)途徑，滿足測試復(fù)雜參數(shù)以及將來擴展的需要。進一步加強系統(tǒng)的互換性和互操作性，實現(xiàn)在測試設(shè)備的多種物理配置上運行給定的應(yīng)用程序或TPS的能力，即系統(tǒng)的設(shè)計或?qū)崿F(xiàn)均不依賴特定供應(yīng)商的硬件設(shè)備或軟件平臺。并具備經(jīng)由不同設(shè)計或制造，但具有足夠能力的設(shè)備資產(chǎn)代換給定設(shè)備資產(chǎn)的能力。實現(xiàn)軟件開發(fā)平臺的開放性。測試軟件開發(fā)平臺，一方面具有測試系統(tǒng)資源配置、流程管理、組態(tài)的方便性。另一方面又有開放的擴展接口，采用國際流行的通用軟件開發(fā)工具和語言接口，測試軟件開發(fā)符合測試技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的軟件標準。

整套測試系統(tǒng)主要是對壓力、流量、溫度、線性位移、角度位移、力等信號進行實時采集測量。系統(tǒng)在硬件方面采用分布式的無線傳輸形式，將數(shù)據(jù)采集模塊和處理模塊布置在現(xiàn)場測試點附近，減少現(xiàn)場的有線連接形式，并通過無線傳輸形式將總控計算機的控制指令發(fā)送到現(xiàn)場采集處理模塊，然后再將采集得到的并經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪赜嬎銠C。方便硬件系統(tǒng)的更換、維修和升級。在軟件設(shè)計上將采用框架式的測試軟件結(jié)構(gòu)；模塊化的獨立功能封裝；通過執(zhí)行測試軟件進行工程參量、測試流程、虛擬儀器、測量結(jié)果數(shù)據(jù)的管理；從而大大提高了系統(tǒng)的通用性和可維護性；方便了測試結(jié)果數(shù)據(jù)的處理，減輕了測試人員的工作強度，提高了測試的可靠性，減少了測試反復(fù)的程度。從而降低了測試成本，縮短了測試系統(tǒng)的開發(fā)時間，并把風險減少到最低限度。

3 總體方案設(shè)計

數(shù)采測試系統(tǒng)采用分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，每個現(xiàn)場單元模塊都由現(xiàn)場傳感器采集模塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和藍牙數(shù)據(jù)無線傳輸模塊組成。每個現(xiàn)場單元模塊的采集通道一般不超過8個。系統(tǒng)將處于一個區(qū)域內(nèi)的被測點組成一個現(xiàn)場單元模塊，通過相應(yīng)的傳感器組件采集這些被測點的數(shù)據(jù)信號，并將采集到的信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場單元模塊的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中，通過對數(shù)據(jù)的先期處理后，將數(shù)據(jù)以數(shù)字信號形式通過藍牙數(shù)據(jù)無線傳輸模塊傳送給上位機，上位機得到數(shù)據(jù)信號后可對數(shù)據(jù)進行進一步的處理分析，顯示，存儲并打印。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件框架圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)可分為三部分：第一部分為現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集處理模塊，其作用是將現(xiàn)場各處的傳感器信號采集到數(shù)據(jù)采集模塊，并通過數(shù)據(jù)處理模塊對采集到的數(shù)據(jù)進行原始數(shù)據(jù)預(yù)處理和AD格式轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集處理模塊與第二部分中的現(xiàn)場藍牙通訊模塊一起組成了整套測試系統(tǒng)的現(xiàn)場單元模塊。第二部分為藍牙無線通信模塊，主要實現(xiàn)數(shù)采端與監(jiān)測控制端實時的數(shù)據(jù)交換，由兩端的藍牙無線通訊模塊組成。第三部分為監(jiān)測和控制部分，它提供一個友好的界面供操作員實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并根據(jù)實際需要發(fā)送控制命令，這部分功能主要由總控計算機完成。

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